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論文

Effect of flow obstacle on droplet sizes in vertical annular air-water flow in a small diameter pipe

柴本 泰照; 孫 昊旻; 与能本 泰介

Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/12

Droplet size distributions have been measured for air-water annular-mist flow in a vertical 12.0 mm diameter pipe at atmospheric pressure. A laser diffraction technique has been employed using a Malvern Spraytec instrument. The test section was specially designed for meticulous measurement in the present experiment: any optical windows were not used to avoid problems arose from glass contamination by sucking the liquid film through the wall just below the measurement elevation. Sauter mean diameters measured in this work decreased simply with an increase of air superficial velocity, whereas the dependence on water superficial velocity showed complicated dependency on air velocity. The effect of a flow obstacle on droplet size distribution was also investigated. A small tube was placed in the centerline of the test section as an obstacle. Three obstacles having different blockage ratio were tested. It is found through the present experiments that the obstacle effect is not so significant for the blockage ratio of up to 0.3, and the droplet diameter decreases to approximately 80% in average. Based on the data, an empirical correlation to predict Sauter diameter was developed by modifying the existing correlation. A hydraulic equivalent diameter that takes account of the blockage ratio is applied to the characteristic length in the correlation.

論文

Development of ITER divertor vertical target with annular flow concept, 2; Development of brazing technique for CFC/CuCrZr joint and heating test of large-scale mock-up

江里 幸一郎; 大楽 正幸; 谷口 正樹; 佐藤 和義; 鈴木 哲; 秋場 真人; Ibbott, C.*; Tivey, R.*

Fusion Science and Technology, 46(4), p.530 - 540, 2004/12

 被引用回数:13 パーセンタイル:30.37(Nuclear Science & Technology)

同軸冷却管を用いたITER用ダイバータ高熱流束機器の製作性実証及び繰り返し加熱時の耐久性実証を目的とした、大型ダイバータ試験体の製作及びイオンビームによる加熱実験の結果について報告する。同軸冷却管は銅合金(CuCrZr)製外管と外表面にねじりフィンを取り付けたステンレス製内管の2本の同心円管から構成される。試験体は炭素系複合材料(CFC)製アーマを冷却管にロウ付けした、垂直ターゲットと呼ばれるものである。冷却管材料であるCuCrZrは析出硬化型合金であるため、ロウ付け時の熱処理によりその強度が大きく異なる。そのため、CuCrZrの強度回復を兼ねたCFC材料とのロウ付け熱処理工程及びロウ材の選定試験を行い、大型試験体を製作した。また、本試験体で採用したアーマ部とバックプレート部摺動機構による冷却管に生じる熱応力の緩和効果を熱・機械解析を用いて検討した結果、摺動機構無の場合と比較して、冷却管に生じる応力振幅・ひずみ振幅は、ともに70%程度に低減していることを示した。本試験体がITERダイバータ熱負荷条件に相当する20MW/m$$^{2}$$,1000サイクル以上、15MW/m$$^{2}$$,3000サイクル以上に耐えることを示す加熱試験結果を報告する。この成果はダイバータ製作の技術的可能性を示すものである。

論文

Development of ITER divertor plate with annular swirl tube and tungsten rods

佐藤 和義; 江里 幸一郎; 谷口 正樹; 鈴木 哲; 秋場 真人

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.5, p.556 - 560, 2002/00

ITERダイバータへ適用するため、同軸冷却管を有するCFCモノブロックダイバータ試験体を開発した。同試験体は、内管に冷却水を供給し、端部で折返し、らせん状フィンにより外管内を旋回させて冷却を行う二重管構造を有しており、コスト削減及び空間の制約が期待できる。同軸冷却管の熱流動特性を調べるため、限界熱流束を測定し、原研が開発した相関式で評価できることを明らかにした。また、実規模長試験体の加熱試験を行った結果、ITER設計条件の20MW/m$$^{2}$$,10s 1000サイクルに耐えることを実証した。

論文

Roll wave effects on annular condensing heat transfer in horizontal PCCS condenser tube

近藤 昌也; 中村 秀夫; 安濃田 良成; 最首 貞典*; 小幡 宏幸*; 島田 ルミ*; 川村 慎一*

Proceedings of 10th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 10) (CD-ROM), 9 Pages, 2002/00

横型熱交換器を用いた静的格納容器冷却系(PCCS)が検討されている。横型熱交換器の伝熱特性評価のため、水平単一U字伝熱管を用いた実験を行った。実験の結果、伝熱管入口端付近の環状流の局所熱伝達率を既存のモデルが過小評価する傾向があることがわかった。また、同時に行った可視化実験(伝熱管の一部区間に可視窓を取り付け、高速度ビデオを用いて行った)から、環状流の液膜表面に多数の巻波が存在することを確認した。そこで、巻波が液膜を撹拌、伝熱を促進するとの仮定の下に、局所熱伝達率を巻波の時間あたりの通過頻度に対して整理したところ、両者の間には強い相関関係があることを見出し、仮定を裏付けた。さらに、この相関関係を基に、液膜の通過頻度を考慮した、水平管内環状流凝縮熱伝達率を与えるモデルを提案した。

論文

二重円管内乱流熱伝達のLESによる解析

河村 洋*; 中村 誓一*; 佐竹 信一*; 功刀 資彰

Therm. Sci. Eng., 2(2), p.16 - 25, 1994/00

二重円管内乱流の流れ場と温度場について、LESによる解析を行い、内管上のヌセルト数を求め、これについて内外径比の影響を考察して整理式を得た。内管が細い場合、内管近傍の無次元化した温度ピークは減少するが、これは一種の層流化傾向として理解できることを示した。内管加熱を行った場合、内管近傍で速度場と同様の温度ストリークが確認された。内管近傍では温度場と速度場は非常に良い対応を示しているが、内管から離れるにつれて温度場は一様になることが示された。内管近傍の乱流構造には、平行平板と同様なストリーク構造及び細長い縦渦構造が見られた。さらに、細い内管上で高速のストリークが衝突し、極めて大きい低圧域を生ずることを見出した。

報告書

気液環状対向流における剪断応力の評価

阿部 豊; 秋本 肇; 村尾 良夫

JAERI-M 90-215, 81 Pages, 1991/01

JAERI-M-90-215.pdf:2.5MB

二流体モデルを用いて対向流の解析を行う場合、流体に働く剪断応力の評価精度が重要になる。しかしながら、現在二流体モデルにおいて、対向流の解析に用いられているのは並向流で得られた相関式や壁面摩擦を無視した相関式である。これらの相関式を用いた二流体モデルによる計算では、対向流における落水流量や差圧を充分な精度で予測できていない。本研究においては、対向流における界面および壁面剪断応力を知るため、定常の環状流を仮定した解析モデルを作成、Bharathanらの実験データを用いて対向流における液膜内の局所剪断応力分布を解析的に評価した。その結果、対向流においては壁面剪断応力係数の値が従来の相関式より過大になること、界面剪断応力係数の値が従来の相関式と異なることを見いだした。本解析で得られた結果をもとに、二流体モデルによる対向流解析のための界面および壁面剪断応力係数に関する新たな式を提案する。

論文

Transient burnout under rapid flow reduction condition

岩村 公道

Journal of Nuclear Science and Technology, 24(10), p.811 - 820, 1987/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.88(Nuclear Science & Technology)

急激な流量低下時における過渡バーンアウト特性を、3領域熱水力コードCOBRA/TRACと、2速度モデルを用いて解析し、一様加熱円管における実験結果と比較した。その結果、流量低下時のバーンアウト発生は、液膜の消失に起因し、局所条件モデルにより予測できることが明らかとなった。流速減少率が増大するほど流路入口でのバーンアウト質量流量が減少するのは、沸騰境界の移動に時間がかかるため、入口流量が定常バーンアウト流量に達してからも蒸気流量は増加を続け、その結果生じる界面せん断力により、液膜流量が入口流量の減少に追随して減少するのを妨げられることによる。流量低下バーンアウト特性に及ぼす系圧力の効果も、このメカニズムにより説明できた。また、流量低下バーンアウトに至る時間を予測する方法を提案し、実験結果と比較した。

報告書

Assessment of TRAC-PF1/MOD1 for Countercurrent-annular and Stratified Flows

大貫 晃

JAERI-M 85-219, 19 Pages, 1986/01

JAERI-M-85-219.pdf:0.63MB

環状流および層状流の流動様式を示す円管内での空気-水対向流制限(CCFL)のデータを使い、TRAC-PF1/MOD1の予測性能の評価を行った。形状パラメータとして長さ、内径、傾斜角度をとり、加圧水型炉のホットレグを模擬した傾斜管付き水平管のデータに対しても評価を行った。環状流の相関摩擦係数に対しては、Wallis型およびBharathan型の2種類の相関式を調べた。データとの比較から、Wallis型の相関式のほうが落水が止まる点(バイパス点)をよく予測した。一方落水を生じる領域ではBharathan型のほうがよりよい予測を示すものの、正確な予測のためには円管の上下端に付加的な形状損失係数が必要なことがわかった。層状流およびホットレグ模擬管のデータに対しては、バイパス点を与える空気流速を過小評価するものの落水を生じる領域に対してはよい予測を与えた。

論文

Slug to annular flow transition during boiloff in a rod bundle under high-pressure conditions

刑部 真弘; 小泉 安郎; 与能本 泰介; 熊丸 博滋; 田坂 完二

Nucl.Eng.Des., 98, p.69 - 76, 1986/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.59

定常二相流試験装置を使った高圧でのボイルオフ実験を広いバンドル出力の範囲で行なった結果、2つのボイルオフパターンが観測できた。一方は、低バンドル出力でのボイルオフパターンで、おのおののロッドのドライアウト点が、あるバンドル高さ位置で生じた。これは、ドライアウト点が、平坦な気液二相流混合物レベルで決まるためと考えられた。他方は、高バンドル出力でのボイルオフパターンで、ドライアウト点はロッドにより高さ方向に大きく散らばり、明確な気液二相流混合物のレベルは観測できなかった。これは、ドライアウト点の下で、Slug流からAnnular流への遷移が生じているためと考えられた。さらに本研究では、Slug流からAnnular流への遷移予測モデルを提案した。このモデルでは、隣り合うロッド上の液膜の相互干渉がなくなったとき、初めてAnnular流が存在できると考えた。このモデルはTPTF実験結果をよく説明した。

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